Analytical methods for analyzing organic peroxides

Työn tarkoituksena oli kehittää analyyttinen erotusmenetelmä eräässä valmistusprosessissa käytettävän hapettavan aineen ja liuottimen välillä syntyvien reaktiotuotteiden tutkimiseen ja analysoimiseen. Lisäksi tarkoituksena oli tutkia prosessiolosuhteiden turvallisuutta. Kirjallisuusosassa käsitellään erilaisia orgaanisia peroksideja, niiden käyttötarkoituksia ja niiden käyttöön liittyviä huomioitavia asioita. Lisäksi tarkastellaan yleisimpiä analyysimenetelmiä, joita on käytetty erilaisten peroksidien analysoinnissa. Näitä analyysimenetelmiä on useimmiten käytetty nestemäisten näytteiden tutkimuksissa. Harvemmin on analysoitu kaasu- ja kiintoainenäytteitä. Kokeellisessa osassa kehitettiin kirjallisuuden perusteella peroksidiyhdisteille identifiointimenetelmä ja tutkittiin prosessin näytteet. Analyysimenetelmiksi valittiin iodometrinen titraus ja HPLC-UV-MS-menetelmä. Lisäksi käytettiin peroksidimittaukseen soveltuvia testiliuskoja. Tutkimus osoitti, että iodometrisen titrauksen ja testiliuskojen perusteella näytteissä oli vähäisiä määriä peroksideja viikon jälkeen peroksidilisäyksestä. HPLC-UV-MS-analyysien perusteella näytteiden analysointia häiritsi selluloosa, jota löytyi jokaisesta näytteestä.

Carponate precipitation with carbon dioxide gas

The aim of this thesis research work focused on the carbonate precipitation of magnesium using magnesium hydroxide Mg(OH)2 and carbon dioxide (CO2) gas at ambient temperature and pressure. The rate of dissolution of Mg(OH)2 and precipitation kinetics were investigated under different operating conditions. The conductivity and pH of the solution were inline monitored by a Consort meter and the solid samples gotten from the precipitation reaction were analysed by a laser diffraction analyzer Malvern Mastersizer to obtain particle size distributions (PSD) of crystal samples. Also the Mg2+ concentration profiles were determined from the liquid phase of the precipitate by ion chromatography (IC) analysis. Crystal morphology of the obtained precipitates were also investigated and discussed in this work. For the carbonation reaction of magnesium hydroxide in the present work, it was found that magnesium carbonate trihydrate (nesquehonite) was the main product and its formation occurred at a pH of around 7-8. The stirrer speed has a significant effect on the dissolution rate of Mg(OH)2. The highest obtained Mg2+ concentration level was 0.424 mol L-l for the 470 rpm and 0.387 mol L-1 for the 560 rpm which corresponded to the processing time of 45 mins and 40 mins respectively. The particle size distribution shows that the average particle size keeps increasing during the reaction as the CO2 is been fed to the system. The carbonation process is kinetically favored and simple as nesquehonite formation occurs in a very short time. It is a thermodynamically and chemically stable solid product, which allows for a long-term storage of CO2. Since the carbonation reaction is a complex system which includes dissolution of magnesium hydroxide particles, absorption of CO2, chemical reaction and crystallization, the dissolution of magnesium hydroxide was studied in hydrochloric acid (HCl) solvent with and without nitrogen (N2) inert gas. It was found on the dissolution part that the impeller speed had effect on the dissolution rate. The higher the impeller speed the higher the pH of the solution, although for the highest speed of 650rpm it was not the case. Therefore, it was concluded that the optimum speed of the stirrer was 560rpm. The influence of inert gas N2 on the dissolution rate of Mg(OH)2 particles could be seen based on measured pH, electric conductivity and Mg2+ concentration curves.

Analytics for the modified kraft pulps

Tämän diplomityön tavoitteena on kehittää sopiva analyyttinen menetelmä muokatun kraft-sellukuidun substituutioasteen (DS) kvantitatiivista määrittämistä varten. Muokkauksella tarkoitetaan tässä yhteydessä joko kovalenttisesti tai adsorption avulla tapahtuvaa molekyylin kiinnittymistä sellukuidun pinnalle. Työn kirjallisuusosuudessa käsitellään lyhyesti eri muokkaustapoja ja yhdisteitä joiden avulla voidaan saavuttaa haluttuja ominaisuuksia sellusta valmistetuille lopputuotteille. Lisäksi kirjallisuusosuudessa käydään läpi käyttötarkoitukseen soveltuvimpia suoria ja epäsuoria analyysimenetelmiä. Analyysimenetelmistä kaikkein lupaavimpia testattiin työn kokeellisessa osassa. Diplomityön kokeellisessa osassa keskityttiin kehittämään muokatulle sellulle kvantitatiivista menetelmää DS:n määrittämiseksi Fourier-muunnos infrapuna-vaimennettu kokonaisheijastus (FTIR-ATR) spektrometrillä. Kirjallisuuskatsauksessa ei löytynyt yhtään dokumentoitua tutkimusta, jossa FTIR-ATR menetelmää olisi käytetty muokatun sellukuidun kvantitatiiviseen tutkimukseen. Muiden analyysimenetelmien, kuten alkuaineanalyysin, termogravimetrisen analyysin (TGA) ja valomikroskopian avulla pyrittiin tuottamaan lisätietoa muokkauksesta. Kvantitatiivisen FTIR-ATR menetelmän kehitykseen käytetyt muokatut sellukuidut olivat selluloosa-asetaattia ja selluloosa betainaattia. Saatujen tulosten perusteella muokattujen sulfiitti- ja kraft sellukuitujen DS:n kvantitatiivinen määrittäminen on mahdollista FTIR-ATR menetelmällä. Vähäinen kalibrointipisteiden määrä vaikeutti tarkan analyysimenetelmän tekemistä. Kehitetyn menetelmän suurimpina ongelmina olivat kiinteiden näytteiden heterogeenisyys sekä mahdollisten epäpuhtauksien tunnistaminen. Jatkotutkimusten avulla kehitettyä menetelmää on kuitenkin mahdollista käyttää muokattujen sellukuitujen jatkuvaan analysointiin selluteollisuudessa.

Determination of chlorophenols from water by solid phase microextraction - ion mobility spectrometry (SPME-IMS)

Chlorophenols have been classified as possible carcinogens for humans. Chlorophenols have been used as pesticides and wood preservatives. In Finland, during 1930 – 1980s, saw mills used KY-5 wood preservative that contained 2,4,6-TCP, 2,3,4,6-TeCP and PCP. Especially in Finland chlorophenols have entered the environment by leaking from contaminated grounds of old saw mills. Although chlorophenol concentrations found in environment do not cause acute concern, long term exposure can increase the risk of cancer. SPME is relatively cheap and simple sampling method, in which the sample extraction and concentration are performed in a single step. Solvents are not required in SPME. IMS is based on the detection of sample ion drift times. Based on the drift times, reduced mobilities are calculated, which are comparable despite the measurement conditions. SPME-IMS coupling has not been used earlier in the determination of chlorophenols from water samples. The scope of this work was to study, if SPME-IMS system is suitable for detecting chloro-phenols from water samples. The aim was to determine the most optimal extraction condi-tions, which were then applied to real water samples. Following detection limits were deter-mined: 2,4,6-TCP: 0.33 mg/l; 2,3,4,6-TeCP: 0.63 mg/l and PCP: 1.63 mg/l. Detection limits were high compared to the highest possible chlorophenol concentration that is allowed in Finnish drinking water, 10 μg/l. Detected concentrations from water sample differed from verified concentrations in the case of 2,3,4,6-TeCP by 4.6 % and in the case of 2,4,6-TCP by 48.4 %. Based on the results it can be said that SPME-IMS setup is suitable for preliminary analysis of mg/l chlorophenol concentrations from water samples.